6 Vrste polprevodnikov in njihove uporabe

Različne vrste polprevodnikov poganjajo proizvodnjo širokega nabora aplikacij, od osnovnih pripomočkov do najnaprednejših komunikacijskih sistemov. Razumevanje njihovih funkcij nam omogoča, da izberemo prave komponente za katero koli vrsto projekta ali aplikacije.

Toda kaj točno je polprevodniška naprava? V tem članku ne bomo samo razložili, kaj je to, ampak bomo pregledali tudi šest glavnih vrst in s primeri poudarili njihove uporabe.

Tako boste dobili pregled nad tem, kako te komponente poganjajo današnjo tehnologijo, in vam pomagali izbrati tiste, ki so najbolj primerne za vaše projekte.

Berite dalje!

Kaj so polprevodniške naprave?

Polprevodniške naprave so elektronske komponente iz materialov, ki imajo vmesno električno prevodnost med prevodnikom (kot je baker) in izolatorjem (kot je steklo).
Te naprave nadzorujejo pretok električnega toka z izkoriščanjem edinstvenih lastnosti polprevodnikov, kot sta silicij ali germanij.
So ključnega pomena za sodobno elektroniko, saj omogočajo ojačanje, preklapljanje in pretvorbo energije v vezjih.
Skratka, polprevodniške naprave so elektronski deli, ki uporabljajo polprevodnike.

Kaj so polprevodniki?

Polprevodniki so materiali z električno prevodnostjo, ki je vmesna med prevodniki in izolatorji. Ta edinstvena lastnost jim omogoča nadzor električnega toka na način, ki ga ne morejo niti prevodniki niti izolatorji.
V polprevodniški napravi lahko majhne prilagoditve napetosti ali toka povzročijo pomembne spremembe v obnašanju naprave, zaradi česar so idealne za preklapljanje, ojačanje signala in nadzor moči v elektronskih sistemih. Te naprave so bistvenega pomena za vse, od upravljanja z energijo v gospodinjskih aparatih do kompleksne obdelave podatkov v računalnikih in pametnih telefonih.
Sposobnost polprevodniških materialov, da prevajajo elektriko, se pogosto spremeni z dodajanjem nečistoč, proces, imenovan doping, ki ustvarja območja v materialu z različnimi električnimi lastnostmi.

Te regije omogočajo polprevodniškim napravam, kot so diode in tranzistorji, da regulirajo tok, zaradi česar so ključne v sodobni elektroniki.

6 Vrste polprevodnikov in njihove uporabe

1. Diskretne naprave
   Diskretne polprevodniške naprave so posamezne elektronske komponente z eno samo funkcijo. To so ključni gradniki v elektronskih sistemih, ki izvajajo bistvene operacije, kot so preklapljanje, ojačanje in popravljanje. Nekatere najpogostejše diskretne naprave vključujejo:

• Diode
• Tranzistor
• Tiristorji
• Obrazci

Ugotovimo več o vsaki od teh komponent:

• Diode
  Diode so enosmerni elektronski ventili, ki omogočajo, da tok teče le v eno smer. Njihova najpogostejša uporaba je usmerjanje, to je pretvorba izmeničnega toka (AC) v enosmerni tok (DC). Uporabljajo se v napajalnikih, polnilcih baterij in demodulaciji signala.
  • Primer: v električnem tokokrogu diode preprečujejo povratne tokove in ščitijo občutljive komponente pred poškodbami.
• Tranzistor
  Tranzistorji bistvenega pomena so za ojačanje in preklapljanje elektronskih signalov. Obstajata dve glavni vrsti: bipolarni spojni tranzistor (BJT) in tranzistor z učinkom polja (FET). BJT se pogosto uporabljajo za ojačanje, medtem ko se FET večinoma uporabljajo za preklopne aplikacije zaradi njihove visoke učinkovitosti.
  • Primer: tranzistorje običajno najdemo v procesorjih, ojačevalnikih in stikalih. V računalniški CPE tranzistorji obdelujejo binarne podatke tako, da delujejo kot majhna stikala.
• Tiristorji
  Tiristorji so naprave, ki delujejo kot bistabilna stikala, prevajajo, ko njihova vrata prejmejo tokovni impulz, in prevajajo, dokler ostanejo usmerjena naprej. Še posebej so uporabni pri aplikacijah z visoko močjo, kot so krmiljenje hitrosti motorja, zatemnitve svetlobe in sistemi za nadzor tlaka.
  • Primer: tiristorji se pogosto uporabljajo v močnostni elektroniki, na primer v industrijskih motorjih in sistemih za krmiljenje izmeničnega toka.
• Obrazci
  Moduli so sklopi polprevodniških naprav, ki običajno vsebujejo več komponent, kot so diode, tranzistorji in tiristorji, nameščeni v enem ohišju. Uporabljajo se v aplikacijah, kjer sta potrebna visoka moč in učinkovitost, kot so inverterji in sistemi za pretvorbo energije.
  • Primer: Napajalni moduli se uporabljajo v solarnih pretvornikih za pretvorbo enosmerne energije iz sončnih kolektorjev v izmenično energijo za domačo uporabo.

2. Optične naprave

Optične polprevodniške naprave pretvarjajo električne signale v svetlobo ali svetlobo v električne signale. Te naprave so ključnega pomena v komunikacijskih sistemih, senzorjih in zaslonskih tehnologijah. Glavne vrste optičnih naprav vključujejo:

• Naprave za oddajanje svetlobe (LED)
• Foto detektorji
• Kompozitne optične naprave
• Optične komunikacijske naprave
  
  Naprave, ki oddajajo svetlobo (LED)
  LED diode ustvarjajo svetlobo, ko skoznje teče tok, zaradi česar so zelo učinkovite pri tehnologijah razsvetljave in prikazovanja. LED diode se pogosto uporabljajo zaradi svoje dolge življenjske dobe, energetske učinkovitosti in okoljskih koristi.
• Primer: LED diode so osnova sodobnih zaslonskih sistemov, vključno s tistimi, ki se uporabljajo v televizorjih, pametnih telefonih in oglasnih zaslonih.
  
  Fotodetektorji
  Fotodetektorji, kot so fotodiode in fototranzistorji, pretvorijo svetlobo v električne signale. So ključnega pomena pri aplikacijah zaznavanja, kot so kamere, optične miške in sončne celice.
• Primer: Foto detektorji so sestavni del optičnih komunikacijskih sistemov, kjer pretvarjajo svetlobne signale v električne signale.
  
  Kompozitne optične naprave
  Sestavljene optične naprave združujejo več funkcij, kot sta zaznavanje in oddajanje svetlobe, v en sam paket. Bistvenega pomena so v kompleksnih optičnih sistemih, kjer sta prostor in zmogljivost ključnega pomena.
• Primer: V sistemih za optični prenos podatkov lahko kompozitne naprave pošiljajo in sprejemajo svetlobne signale, kar zagotavlja hitro in zanesljivo komunikacijo.
  
  Optične komunikacijske naprave
  Te naprave prenašajo podatke s svetlobo. Pomembni so v hitrih internetnih sistemih, podatkovnih centrih in komunikacijskih omrežjih na dolge razdalje. Hitrost in učinkovitost optičnih komunikacijskih naprav sta spremenili način globalnega prenosa podatkov.
• Primer: Omrežja z optičnimi vlakni uporabljajo optične komunikacijske naprave za prenos ogromnih količin podatkov s svetlobno hitrostjo, kar zagotavlja hitre internetne povezave.

3 . Mikrovalovne naprave
Polprevodniške mikrovalovne naprave delujejo na zelo visokih frekvencah (nad 1 GHz) in se uporabljajo za aplikacije, kot so radar, brezžične komunikacije in satelitski prenosi. Te naprave lahko razvrstimo v:

• Diskretne mikrovalovne naprave
• Mikrovalovna integrirana vezja (IC)
• Mikrovalovni moduli
  
  Diskretne mikrovalovne
  naprave Diskretne mikrovalovne naprave, kot so Gunnove diode in diode IMPATT, se uporabljajo za ustvarjanje in ojačanje visokofrekvenčnih mikrovalovnih signalov. Ti so bistveni v radarskih sistemih in brezžičnih komunikacijskih tehnologijah.
• Primer: Gunnove diode se uporabljajo v policijskem radarju za merjenje hitrosti vozil z ustvarjanjem mikrovalovnih signalov, ki se odbijajo od premikajočih se predmetov.
  
  Mikrovalovni IC-ji
  Mikrovalovni IC-ji združujejo več funkcij, kot so ustvarjanje signala, ojačanje in filtriranje, v en sam čip. Uporabljajo se v mobilnih telefonih, satelitskih komunikacijskih sistemih in vojaških radarskih sistemih.
• Primer: mikrovalovni IC-ji v mobilnih telefonih omogočajo prenos in sprejem visokofrekvenčnih signalov, kar zagotavlja zanesljivo brezžično komunikacijo.
  
  Mikrovalovni moduli
  Mikrovalovni moduli so sklopi, ki združujejo več mikrovalovnih komponent, pogosto vključno s pasivnimi in aktivnimi elementi, v en paket. Ti moduli se uporabljajo v kompleksnih komunikacijskih sistemih, kjer sta bistvena prihranek prostora in visoka zmogljivost.
• Primer: Satelitski transponderji uporabljajo mikrovalovne module za ojačanje in prenos signalov z Zemlje v vesolje in obratno, kar zagotavlja jasno in neprekinjeno komunikacijo.

4. Senzorji Senzorji
so polprevodniške naprave, ki zaznavajo spremembe okoljskih pogojev in jih pretvarjajo v električne signale. Senzorji so ključnega pomena za aplikacije v avtomobilskih sistemih, zdravstvu, industrijski avtomatizaciji in potrošniški elektroniki.

• Primer: v avtomobilih senzorji zaznavajo parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost, ter zagotavljajo bistvene podatke krmilnim sistemom vozila za nemoteno delovanje.

Vrste senzorjev

• Temperaturni senzorji : Uporabljajo se v sistemih HVAC za spremljanje in nadzor temperature.
• Senzorji tlaka : Uporabljajo se v industrijskih aplikacijah za zaznavanje sprememb tlaka v tekočinah ali plinih.
• Senzorji bližine : Uporabljajo se v potrošniški elektroniki, kot so pametni telefoni, za zaznavanje uporabnikove bližine in samodejno prilagajanje funkcij, kot je zatemnitev zaslona.

5. Integrirana vezja (IC)

Integrirana vezja (IC) so polprevodniške naprave, ki integrirajo več elektronskih komponent, kot so tranzistorji, diode, kondenzatorji in upori, na enem samem čipu. Revolucionirali so sodobno elektroniko, saj so omogočili bolj zapletene in kompaktne oblike. Glavne vrste IC vključujejo:

• Spomini
• Mikroprocesorji (MPU)
• Logični IC-ji
• Analogni IC-ji

Spomini

Pomnilniški IC so odgovorni za shranjevanje podatkov. To vključuje hlapni pomnilnik (kot je RAM) in obstojni pomnilnik (kot je pomnilnik Flash). Ti IC-ji so bistveni v računalnikih, mobilnih napravah in vseh drugih sistemih, ki zahtevajo shranjevanje podatkov.

• Primer : IC-ji bliskovnega pomnilnika se uporabljajo v pogonih USB in SSD-jih za hitro shranjevanje in iskanje podatkov.

Mikroprocesorji (MPU)

Mikroprocesorji so možgani sodobne elektronike in nadzorujejo delovanje računalnikov in pametnih telefonov. Izvajajo aritmetične in logične operacije, ki omogočajo napravam izvajanje programov in opravljanje nalog.

• Primer : Serija mikroprocesorjev Intel Core poganja večino računalnikov in prenosnih računalnikov ter omogoča vse od brskanja po spletu do zapletenih izračunov.

Logični IC-ji

Logični IC-ji izvajajo logične operacije in se uporabljajo v napravah, ki zahtevajo digitalno odločanje. Pomembni so v sistemih, kot so digitalne ure, kalkulatorji, in bolj zapletenih digitalnih sistemih, kot so računalniki.

• Primer : Logični IC-ji se uporabljajo v računalniških sistemih za obdelavo podatkov in nalog nadzora procesov.

Analogni IC-ji

Analogni IC obravnavajo neprekinjene signale in se uporabljajo pri obdelavi zvoka in radijskih frekvencah. Ti IC se pogosto uporabljajo v avdio sistemih, radijski opremi in senzorjih.

• Primer : Analogni IC-ji v avdio ojačevalnikih obdelujejo zvočne signale za ustvarjanje jasnega, ojačanega izhoda v domačih avdio sistemih.

6. Hibridni IC

Hibridni IC združujejo prednosti več polprevodniških tehnologij z integracijo različnih vrst komponent (kot so tranzistorji, upori in kondenzatorji) v en sam modul. Ti IC-ji so idealni za aplikacije, kjer standardni IC-ji ne morejo izpolniti posebnih zahtev glede zmogljivosti ali oblikovanja. Hibridni IC so na voljo v dveh glavnih oblikah:

• Hibridni IC s tanko membrano
• Hibridni IC-ji z ​​debelo membrano

Hibridni IC s tanko membrano

Ti IC uporabljajo tanko plast prevodnega materiala, ki se nanese s postopkom, imenovanim razprševanje, za oblikovanje vezij. Pogosto se uporabljajo v visokofrekvenčnih aplikacijah in so zelo prilagodljivi.

• Primer : Hibridni IC s tanko membrano se uporabljajo v vesoljskih sistemih, kjer sta kompaktna velikost in visoka zanesljivost bistvenega pomena.

Hibridni IC-ji z ​​debelo membrano

IC z debelo membrano uporabljajo sitotisk za nanašanje prevodnega materiala. Na splošno se uporabljajo v močnostni elektroniki in drugih aplikacijah, kjer se zahteva gospodarnost in robustnost.

• Primer : IC z debelo membrano se uporabljajo v avtomobilski elektroniki za upravljanje distribucije in nadzora moči.

Poiščite široko paleto elektronskih komponent za svoje projekte pri PC Components Europe

Odkrijte veliko izbiro diod, tranzistorjev, tiristorjev, optičnih naprav, mikrovalovnih naprav, senzorjev, IC-jev, kondenzatorjev, uporov, konektorjev, napajalnih modulov in relejev, ki so na voljo pri PC Components Europe za izpolnitev vaših elektronskih in elektromehanskih potreb.
Nekatere komponente, ki jih najdete s PCE:

1. Diode

• 1N4148 – Hitra preklopna dioda (splošna uporaba)
• 1N5408 – Visokotokovna usmerniška dioda
• BAS16 – Nadometna stikalna dioda
• BYV27-200 – Usmernik za hitro obnovitev

2. Tranzistor

• 2N2222 – NPN tranzistor za splošno uporabo
• 2N2907 – PNP tranzistor za splošno uporabo
• IRF540N – N-kanalni
• BC547 – NPN tranzistor majhnega signala

3.Tiristorji

• BT136 – TRIAC za preklop na izmenični tok
• 2N5060 – Silicijev krmiljeni usmernik (SCR)
• TYN612 – SCR za preklapljanje srednje moči
• BTA41-600B – TRIAC za aplikacije z visoko močjo

4. Optične naprave (LED, fotodetektorji)

• CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – Bela LED visoke moči
• LDR-5530 – Fotodetektorski svetlobni senzor
• SFH320 – fototranzistor
• OSRAM-LW-W5SM – Bela LED za osvetlitev

5. Mikrovalovne naprave

• MA4E1317 – GaAs mikrovalovna dioda
• MRF947 – mikrovalovni tranzistor
• MAAL-011078 – mikrovalovni ojačevalnik IC
• HMC630LP3E – MMIC GaAs (mikrovalovna monolitna integrirana vezja)

6. Senzorji

• MPX5010DP – Senzor tlaka
• TMP36 – Senzor temperature
• HC-SR04 – Ultrazvočni senzor razdalje
• BH1750 – Senzor ambientalne svetlobe

7. Integrirana vezja (IC)

• ATmega328P – mikrokontroler IC (8-bitni, serija AVR)
• LM358 – Dvojni operacijski ojačevalnik IC
• 74HC595 – IC premičnega registra
• AD8232 – IC senzorja za spremljanje srčnega utripa

Kliknite tukaj in izvedite več o 13 najboljših mikrokontrolerjih na trgu

8. Pomnilnik IC

• W25Q64JVSSIQ – 64 Mb Flash pomnilnik
• AT24C256 – 256 Kb EEPROM
• MT48LC16M16A2 – 256 Mb SDRAM
• IS25LP064A – serijski bliskovni pomnilnik (64 Mb)

9. Kondenzatorji

• C3225X7R1E106K250AB – večplastni keramični kondenzator, 10 µF
• EEU-FR1V102 – Elektrolitski kondenzator, 1000 µF, 35 V
• B43504A5477M000 – Vtični elektrolitski kondenzator, 470 µF, 450 V

10. Upori

• CRCW080510K0FKEA – SMD upor, 10kΩ, 1%
• RS1/4-1K – Prehodni ogljikov filmski upor, 1kΩ
• Y ageo RC0402FR-071KL – 1kΩ SMD upor, 1% toleranca, 0402
• Vishay VR68000001005FA100 – Precizni žični upor, 100Ω

11. Konektorji

• TE 282836-4 – 4-položajni priključek žice na ploščo
• Molex 39-30-3040 – 4 položajna glava
• JST XH-2P – 2-polni konektor
• Amphenol 97-3106A-14S-6 P – Krožni priključek

12. Napajalni moduli

• IRAMS10UP60B – Inteligentni napajalni modul (IPM), 600V
• FOD8316 – gonilniški optični sklopnik za IGBT
• SPM3A60D – Napajalni modul motorja, 600V
• PM25CLB060 – IGBT modul, 25A

13. Rele

• G2R-1-E-DC24 – Rele za splošno uporabo, SPDT, 24V DC
• G6A-234P-ST-US-DC12 – Signalni rele, 12V DC
• HF115F – Močnostni rele, 12V DC, 30A
• Omron LY2-DC12 – 12V DC rele, DPDT

Polprevodniške naprave so središče sodobne tehnologije

Omogočajo vse od pametnih telefonov do raziskovanja vesolja. Razumevanje šestih glavnih vrst diskretnih naprav, optičnih naprav, mikrovalovnih naprav, senzorjev, IC-jev in hibridnih IC-jev vam bo pomagalo pri sprejemanju premišljenih odločitev pri izbiri komponent za vaše načrte.

Kot ste prebrali v tem članku, ima vsaka od teh naprav edinstvene funkcije in aplikacije, zaradi česar so nepogrešljive v številnih panogah.

Imate vprašanja ali želite najti določeno polprevodniško napravo?

Obrnite se na ekipo PC Components še danes!

Reference :
»Polprevodniške naprave: fizika in tehnologija« SM Sze »
Uvod v polprevodniške naprave« Kevin F. Brennan
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation